FR2675416A1 - Procede d'alignement a distance d'un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse et tete de focalisation appareillee pour l'usinage a distance par faisceau laser. - Google Patents
Procede d'alignement a distance d'un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse et tete de focalisation appareillee pour l'usinage a distance par faisceau laser. Download PDFInfo
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Abstract
Ce procédé permet d'orienter, à travers une succession de bras articulés d'un robot, par exemple, un faisceau laser avec précision et sans intervention directe sur aucun bras dudit robot. Ce procédé consiste à mesurer un défaut angulaire DELTAalpha, puis un défaut en translation DELTAd, entre le faisceau laser et chaque axe de rotation, ou translation de la machine robot, y compris l'axe de rotation final O5 O6 . L'invention concerne également un dispositif mettant en œuvre ce procédé grâce à une tête de focalisation comprenant une lentille (32) de focalisation escamotable, un miroir (36) escamotable, un détecteur (34) de positions et un moteur (22) permettant une rotation de la tête de focalisation. De façon générale, l'invention s'applique aux robots cartésiens et polyarticulés industriels. L'invention s'applique plus particulièrement aux robots lasers lors d'interventions en milieux hostiles.
Description
PROCEDE D'ALIGNEMENT A DISTANCE D'UN FAISCEAU LASER
SUR L'OUVERTURE D'UNE BUSE ET TETE DE FOCALISATION
APPAREILLEE POUR L'USINAGE A DISTANCE PAR FAISCEAU LASER
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé permettant d'aligner à distance un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse Elle concerne également une tête de focalisation appareillée pour usiner à distance, dans laquelle on utilise le procédé nommé ci-dessus. L'invention trouve de nombreuses applications notamment dans le domaine industriel avec le réglage optique des robots lasers portiques et polyarticulés ou encore un domaine plus spécifique avec le réglage optique à distance des robots lasers lors
d'interventions en milieux hostiles.
Ce procédé de réglage peut être mis en application pour les robots portiques qui permettent, par exemple, la découpe et la soudure de caisses automobiles complètes Pour ces procédés laser, il est nécessaire que la tête de découpe, ou de soudure, puisse s'orienter dans l'espace tout en conservant le faisceau focalisé dans la buse d'éjection des gaz de procédés La méthode de réglage et la tête de procédé proposées dans ce brevet permettent un réglage d'alignement précis des axes du robot, de l'axe de la tête de focalisation vis-à-vis de l'axe du faisceau laser, assurant ainsi la sortie du faisceau focalisé par le trou de buse, quelle que soit la
position de la tête de focalisation dans l'espace.
Ce procédé peut être mis en application dans des enceintes dont L'intérieur est difficilement accessible par l'homme; i L s'agit, par exemple, de cellules actives, c'est-à-dire des enceintes contenant des matériaux fortement radioactifs. L'usinage par laser d'une pièce située à l'intérieur d'une cellule active, s'effectue grâce à un faisceau laser produit par un laser de puissance extérieur à la cellule et pénétrant dans ladite cellule par un orifice d'introduction par l'intermédiaire d'un conduit de transfert Ce faisceau doit être focalisé sur la pièce à usiner; sur cette pièce ainsi échauffée, est également envoyé un gaz réagissant
au contact de ladite pièce.
Selon un mode de réalisation connu, le dispositif comporte des moyens pour focaliser ledit faisceau ainsi qu'une buse permettant d'éjecter le
gaz sur la pièce à usiner.
Généralement, l'ouverture de la buse est de petit diamètre afin d'assurer une bonne éjection
des gaz de procédés lors de l'usinage de la pièce.
Cependant, la distance parcourue par le faisceau
entre le laser et la buse est généralement très longue.
Il est donc difficile d'aligner un tel faisceau sur l'ouverture d'une buse, en particulier lorsque le parcours suivi par le faisceau comporte un certain nombre de segments articulés constituant le bras
d'un robot.
Certains dispositifs connus comportent des moyens pour émettre un faisceau laser et pour l'orienter selon deux axes de rotation, ainsi que des moyens de réception dudit faisceau, orientables selon deux axes La position du faisceau est repérée, à son émission, par un premier détecteur de positions et, à sa réception, par un second détecteur de positions L'alignement du faisceau entre ces deux détecteurs se fait au moyen d'un ordinateur apte
à gérer Les mouvements autour des axes de rotation.
Un tel dispositif est décrit dans le document
US-4 855 564.
Ce procédé d'alignement a plusieurs inconvénients, notamment celui de nécessiter une
bonne précision du positionnement des détecteurs.
Le procédé selon la présente invention permet justement de résoudre ce problème de positionnement car il est basé sur une différence
d'informations de position du faisceau.
L'invention a également l'avantage de permettre le réglage à distance du faisceau laser selon Les axes du robot et de la tête de focalisation; aucune intervention humaine n'est nécessaire au niveau
de la tête de focalisation.
L'invention a également l'avantage de n'utiliser qu'un seul détecteur, quel que soit le nombre d'axes du robot à régler, le détecteur étant inséré à la tête de focalisation en extrémité de robot. De façon p Lus précise, la présente invention a pour objet un procédé d'alignement à distance d'un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse, dans lequel on utilise: un laser pilote; un bras de transmission comportant au moins un segment, des moyens d'introduction de faisceau laser selon un premier axe 0203 dans ledit bras, ainsi qu'une tête de focalisation située à l'extrémité du bras de transmission, orientée selon un axe 0506 et munie d'un détecteur de position et de composants optiques de focalisation; des moyens de modification de trajectoire du faisceau laser en translation et en rotation en amont du bras de transmission, caractérisé en ce qu'il consiste à: a) mesurer un défaut angulaire Aa entre le faisceau laser et tout axe de segment de bras de transmission et de la tête de focalisation; b) modifier ce défaut angulaire par réglage des moyens de modification de trajectoire du faisceau laser; c) réitérer les étapes a) et b) jusqu'à l'obtention d'un défaut angulaire minimum; d) mesurer un défaut en translation Ad entre le faisceau laser et tout axe de segment de bras de transmission et de la tête de focalisation; e) modifier ce défaut en translation par réglage des moyens de modification de trajectoire du faisceau laser; f) réitérer les étapes d) et e) jusqu'à l'obtention d'un défaut en translation minimum; g) vérifier l'alignement du faisceau laser sur les moyens d'introduction dudit faisceau; h) modifier l'orientation du premier axe 0203 du bras de transmission et réitérer les étapes a)
à g), lorsque ledit alignement n'est pas réalisé.
De façon avantageuse, la mesure du défaut angulaire Al consiste à: déterminer par le détecteur de positions, une première tache focale T 1 du faisceau laser; tourner, d'un angle À, l'axe du bras de transmission ou la tête de focalisation qui est à régler; déterminer, par le détecteur de position, une seconde tache focale T 2 du faisceau laser; évaluer la distance h entre l'axe du bras à régler et la distance b mesurée entre la tache T 1 et la tache T 2, cette distance h correspondant à: I = cos ' De même, la mesure du défaut en translation Ad consiste à: retirer le composant optique qui focalise le faisceau laser sur le détecteur; déterminer, par le détecteur de positions, un premier impact T 3 du faisceau laser; tourner, d'un angle À, l'axe du bras de transmission ou la tête de focalisation qui est à régler; déterminer, par le détecteur de positions, un second impact T 4 du faisceau laser; évaluer la distance H entre l'axe du bras à régler et la distance B mesurée entre l'impact T 3 et l'impact T 4, cette distance H correspondant à: H = B 1 cos 2 I cos De façon plus spécifique, la modification à apporter au défaut angulaire, pour un angle A de 1800, correspond à la demi-distance entre les taches T 1 et T 2 de façon à rendre coaxial le faisceau et
l'axe du bras à régler.
De la même façon, la modification à apporter au défaut en translation, pour un angle 3 de 180 , correspond à la demi-distance entre les impacts T 3 et T 4 de façon à centrer le faisceau laser sur l'axe
du bras à régler.
Un dispositif, permettant la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment, comprend: un laser pour émettre un faisceau; des moyens de modification de trajectoire du faisceau en amont du bras apte à guider le faisceau lors de l'usinage de pièces dont l'axe d'introduction est 0203; des moyens pour orienter en rotation Ledit bras; et une tête de focalisation assurant la convergence du faisceau sur La pièce à usiner et munie d'un détecteur de positions, de composants optiques de focalisation d'axe optique 0506, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer un écart entre la trajectoire du faisceau et les axes du bras et de La tête de focalisation, des moyens pour tourner ladite tête de focalisation, et des moyens de calcul pour évaluer et mémoriser les écarts entre la trajectoire du fai sceau et les
axes du bras et de la tête de focalisation.
Avantageusement, les moyens pour déterminer l'écart entre la trajectoire du faisceau et un axe de rotation du bras permettent de mesurer et de corriger, à la fois, un défaut angulaire Aot et un défaut en translation Ad, lesdits moyens comprenant le détecteur de positions et les composants optiques
de focalisation.
Selon l'invention, les moyens pour retourner la tête de focalisation comportent un moteur assurant une rotation d'un angle a de la tête de focalisation autour de L'axe 0506 afin de décaler le faisceau laser sur le détecteur de positions, ledit moteur
étant fixé au bras de façon à ce que la tête de foca-
lisation tourne par rapport audit bras.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le premier dispositif comporte un miroir escamotable, assurant, dans une première position ME, le renvoi du faisceau sur le détecteur et, dans une seconde position M'E, le passage direct du faisceau
vers la pièce à usiner.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les composants optiques comportent une lentille de focalisation. Selon un mode de réalisation plus industriel, les composants optiques comportent un miroir parabolique pour focaliser le faisceau laser sur
la buse.
Selon un autre mode de réalisation industriel, les composants optiques comportent deux miroirs sphériques assurant la focalisation du faisceau
laser sur la buse.
Une application du dispositif au domaine nucléaire nécessite d'utiliser une cellule active extérieure à l'ensemble du bras, cette cellule active comportant un orifice par lequel est introduit le faisceau le long d'un axe 0102 et à l'extérieur de laquelle se situent les moyens de modification de trajectoire. D'autres caractéristiques et avantages
ressortiront mieux de la description qui va suivre
donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins dans lesquels: la figure I est une représentation schématique de l'ensemble laser/cellule active appliqué au domaine nucléaire; la figure 2 a est une représentation schématique de la tête de focalisation du dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 b est une représentation schématique de la tête de focalisation suivant une variante plus industrielle de ce premier mode de réalisation; les figures 2 c et 2 d sont des représentations schématiques de la tête de focalisation selon un second et un troisième modes de réalisation; la figure 3 montre, à partir d'un schéma simplifié de la tête de focalisation, à quoi correspondent le défaut angulaire et le défaut en translation; la figure 4 représente un schéma de principe de la tête de focalisation selon le premier mode de réalisation de l'invention; les figures 5 a, 5 b et 5 c représentent les étapes à appliquer au dispositif selon l'invention pour corriger le défaut angulaire Aa; les figures 6 a et 6 b représentent les étapes à appliquer au dispositif selon l'invention pour corriger le défaut en translation Ad; la figure 6 c représente schématiquement les tracés obtenus sur le détecteur de positions; la figure 7 montre, par un organigramme, les différentes étapes du procédé selon l'invention; et les figures 8 a et 8 b illustrent une application de l'invention à un robot polyarticulé; les figures 9 a et 9 b illustrent une seconde application de l'invention à un robot portique
du type industriel.
Durant toute la description, il sera fait
référence à un robot polyarticulé, c'est-à-dire un bras de transmission comportant plusieurs segments, étant entendu que le procédé et le dispositif conforment à l'invention sont également applicables à un bras de transmission du faisceau laser formé
d'un conduit rectiligne unique.
En se référant aux figures 1 et 2, nous décrirons plus particulièrement le dispositif selon un mode de réalisation de l'invention L'exemple décrit à travers ces figures I et 2 concerne le dispositif appliqué au milieu nucléaire et réalisé suivant Le premier mode de réalisation, c'est-à-dire avec une lentille de focalisation escamotable Les figures 3 à 7 permettront de mieux comprendre en
quoi consiste le procédé de l'invention.
En référence à la figure 1, le faisceau 3 est émis par la source laser 2 en direction des moyens d'introduction, à savoir un orifice 8 d'introduction dans la cellule active 6 fermé par une fenêtre transparente Le faisceau 3 est dirigé et orienté de la source Laser 2 vers l'orifice 8 par l'intermédiaire de moyens 4 de modification de trajectoire du faisceau Ces moyens consistent, en fait, en une association de deux miroirs M 1 et M 2 permettant de modifier la trajectoire du faisceau en translation et/ou en rotation selon deux axes
Oy et O z de l'espace.
Le dispositif d'usinage comporte une structure polyarticu Lée 12, telle qu'un robot, et des moyens 10 d'orientation en rotation de la structure polyarticulée 12 par rapport à l'axe d'entrée 0102 du faisceau 3 par l'orifice 8 Ces moyens 10 comportent deux moteurs 10 A et O l B assurant, lors des réglages du faisceau 3, de légères rotations du robot 12 autour des axes respectifs Oy et O z En particulier, ces deux rotations permettent d'orienter le premier axe
du robot 0203.
Le dispositif d'usinage comporte également une tête 14 de focalisation liée au robot 12 par
un axe mécanique 0506.
La figure 2 a est une représentation de la tête de focalisation centrée autour de l'axe 0506 qui est à la fois l'axe mécanique de rotation de la tête de focalisation 14 et l'axe optique de ladite
tête de focalisation.
Cette tête de focalisation 14 peut être subdivisée en trois parties dont chacune a un rôle différent La première partie est une unité 20 de rotation, La seconde est une unité optique 30 et la troisième est la buse 40 que le faisceau va
traverser avant d'arriver sur La pièce à usiner.
L'unité 20 de rotation comprend essentiellement un moteur 22 assurant la rotation de L'ensemble de La tête de focalisation 14 autour de l'axe 0506 En effet, l'unité optique 30 et la buse 40 sont solidaires de l'unité 20 de rotation, ce qui permet une rotation globale de la tête de
focalisation 14.
L'unité optique 30 comprend tous les éléments optiques de la tête de focalisation 14 nécessaires
à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Une Lentille 32 de focalisation, placée sur l'axe optique 0506, permet de focaliser le faisceau 3 sur l'ouverture 42 de la buse 40 Un détecteur 34 de positions permet de repérer la position du faisceau 3 par rapport à l'axe optique 0506 Deux miroirs 36 et 38 permettent, par réflexion du faisceau 3 sur lesdits miroirs, de renvoyer ledit faisceau sur Le détecteur 34 placé sur un axe autre que l'axe
0506
Le miroir 36 est escamotable Ainsi, une première position ME du miroir 36 permet le renvoi du faisceau 3 sur le second miroir 38, qui lui-même, l'envoie sur le détecteur 34 Une seconde position M'E est une position de retrait du premier miroir 36 de sorte qu'il ne joue plus de rôle vis-à-vis du faisceau 3, ce dernier se dirigeant alors
directement vers la buse 40.
1 1 Selon un mode de réalisation de l'invention, la lentille 32 est escamotable Tout comme le miroir 36, la lentille 32 connait deux positions: une première position L sur l'axe optique 0506 permettant à ladite lentille d'intercepter le faisceau 3 et une seconde position L' de retrait de la lentille permettant la réflexion directe du faisceau 3 sur
le premier miroir 36.
Les rôles du miroir 36 et de la lentille 32 seront décrits plus en détails lors de la
description du procédé selon l'invention, dans les
figures 5 et 6.
Le rôle de la buse 40 ne diffère pas de celui qu'elle joue dans les dispositifs connus Par le passage 44, un gaz est introduit, qui sera envoyé sur la pièce à usiner L'ouverture 42 de la buse assure le passage du faisceau 3 focalisé, vers
la pièce à usiner.
Le laser 2 généralement utilisé, est un laser de puissance C 02 Lors des réglages de la trajectoire du faisceau 3, il est souvent plus facile d'utiliser un laser pilote He Ne Le dispositif selon l'invention permet néanmoins d'utiliser le même laser CO 2 à faibles puissances si l'on utilise un détecteur de positions sensible à la longueur d'onde du C 02 ( X = 10,6 Am) au lieu d'un détecteur sensible à
la longueur d'onde du He Ne.
IL est également possible, pour visualiser la position du faisceau laser He Ne, de remplacer le détecteur 34 de positions par un écran dépoli
et une caméra, positionnée derrière cet écran.
La figure 2 b représente schématiquement cette même tête de focalisation dans le cas o la lentille de focalisation est fixe, ce mode de réalisation étant plus facilement appliquable du point de vue industriel Dans ce mode de réalisation, le détecteur de positions peut être déplacé d'une
position D 1 vers une position D 2.
En position D 1, le faisceau laser est focalisé par la lentille 32, se réfléchit sur le miroir 36 alors en position ME; une seconde réflexion de ce faisceau sur le miroir 38 permet le renvoi
sur le détecteur de positions 34.
Lorsque le détecteur de positions 34 est en position D 2, ledit détecteur 34 étant alors situé en amont de la lentille 32, le faisceau est intercepté par le détecteur 34 produisant les impacts T 3 et
T 4, pour la mesure du défaut en translation.
Les figures 2 c et 2 d représentent schématiquement la tête de focalisation selon un
second et un troisième modes de réalisation.
Selon le second de mode réalisation montré sur la figure 2 c, le composant optique de focalisation est un miroir parabolique 32 a auquel on ajoute éventuellement un miroir plan 32 b qui est un simple miroir de renvoi Le principe de fonctionnement du dispositif est le même que celui montré sur la figure 2 b, c'est-à-dire que le détecteur de positions 34 évolue selon deux positions D 1 et D 2 Le miroir parabolique 32 a joue le même rôle que la lentille de focalisation des figures 2 a et 2 b, à savoir qu'il focalise le faisceau laser sur l'ouverture de la buse Le miroir plan 32 b permet simplement le renvoi du faisceau, à son entrée dans la tête de focalisation,
sur le miroir parabolique 32 a.
Le troisième mode de réalisation du dispositif est montré sur la figure 2 d Sa mise en oeuvre est à peu près identique à celle décrite pour la figure 2 c, les miroirs de renvoi et de focalisation
étant tous deux des miroirs sphériques.
Pour des applications industrielles o la puissance est supérieure à 3 k W, on utilise de préférence des miroirs convergents (plus résistants). La figure 3 est une représentation très schématique de la tête de focalisation 14 Elle permet de montrer, sur un exemple de trajectoire du faisceau 3, les corrections à apporter à cette trajectoire pour que ledit faisceau soit aligné sur l'ouverture
42 de la buse.
En effet, le faisceau 3 incident, tel que représenté est focalisé par la lentille 32 et arrive, décentré, dans l'ouverture de la buse Il est facile d'envisager les dégâts causés par le faisceau s'il arrivait sur la buse 40 elle-même au lieu de passer par son ouverture 42 Il faut donc corriger la
trajectoire du faisceau 3.
Sur la figure 3, on voit qu'il y a deux défauts à corriger pour aligner le faisceau 3 sur l'ouverture de la buse 40: un défaut angulaire Ac et
un défaut en translation Ad.
Le défaut angulaire Aa représente l'angle formé par l'axe mécanique 0506 et l'axe 3 ' du faisceau, c'est-à-dire l'axe selon lequel évolue la trajectoire
du faisceau 3.
Le défaut en translation Ad est la distance entre l'axe 0506 et l'axe 3 ' du faisceau 3 mesuré au niveau de la lentille 32, c'est-à- dire la distance entre le centre optique de la lentille et le centre
du faisceau.
Ces deux défauts peuvent être corrigés à distance, c'est-à- dire hors de la cellule active, par les moyens 4 de modification de la trajectoire
du faisceau.
La figure 4 représente le schéma de principe de la tête de focalisation 14 pour le procédé selon une des dispositions de l'invention Elle permet de comprendre que l'information captée par le détecteur 34 de position serait la même si ledit détecteur était placé dans l'ouverture 42 de la buse 40 Dans les applications industrielles, la solution du détecteur 34 placé dans la position D', montrée sur
la figure 4, est la plus simple à mettre en oeuvre.
Pour les applications nucléaires, il faut intégrer ce détecteur et le protéger vis-à-vis de l'environnement hostile, d'oJ la solution du détecteur placé en position D.
Dans le but de simplifier la description
du procédé selon l'invention, on placera, dans les figures suivantes, le détecteur 34 dans la position D'. Les figures 5 a, 5 b et 5 c montrent les différentes étapes suivies pour déterminer le défaut
angulaire A 01.
La figure 5 a montre la première information de position du faisceau obtenue On parlera indifféremment d'information de position ou de tache focale Cette première tache focale T 1 est obtenue pour une certaine trajectoire du faisceau L'axe du faisceau présente un défaut angulaire AOZ par
rapport à l'axe mécanique 0506.
Lorsque la première information de position T 1 a été déterminée, on retourne l'ensemble de la tête de focalisation 14 par rapport à l'axe mécanique 0506 Ce retournement s'effectue par l'intermédiaire de l'unité 20 de rotation Il a pour effet de permettre l'obtention d'une seconde tache focale sur le détecteur 34 Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la tête de focalisation est tournée d'un angle f égal à 180 par rapport à l'axe mécanique 0506, cette valeur de a permettant un calcul plus facile de la
valeur de correction angulaire.
La figure 5 b montre, pour l'exemple considéré, la tache focale T 2 obtenue après retournement de la tête de focalisation 14 On obtient alors une distance, entre les taches T 1 et T 2, de
valeur 2 Aa, pour un angle a = 180 .
La figure 5 c montre le parallélisme obtenu entre l'axe 0506 et l'axe 3 ' du faisceau 3 lorsque la trajectoire dudit faisceau a été corrigée de AC, en rapprochant T 1 et T 2 de moitié La nouvelle tache serait alors T' Il reste alors à corriger le défaut
en translation Ad.
Les figures 6 a et 6 b montrent les étapes de correction du défaut en translation Ad La tache T' étant centrée sur le détecteur 34, grâce à la lentille 32 de focalisation, il faut escamoter ladite
lentille pour corriger le défaut en translation.
La figure 6 a montre la position du faisceau 3 sur le détecteur 34 lorsque la lentille 32 est dans sa position de retrait L'; cette position du faisceau 3 est repérée par l'impact T 3, aussi nommé tache T 3, sur le détecteur 34, comme précédemment
pour le défaut angulaire.
La figure 6 b montre la tache T 4 obtenue
après retournement de 180 de la tête de focalisation.
La distance ainsi obtenue est de 2 Ad IL suffit alors de corriger, en translation pure, la trajectoire
du faisceau d'une valeur Ad.
Des moyens de calculs, tels qu'un ordinateur, permettent d'évaluer les positions exactes des taches, de les mémoriser et de calculer leur écart ainsi
que les valeurs de correction à apporter.
IL est également possible, par le procédé décrit, de retourner la tête de focalisation d'un angle a inférieur à 180 , si le moteur 22 ne permet pas des rotations de + 90 Ce procédé pourrait, par exemple, être appliquée pour f= 30 , les calculs des valeurs de correction étant alors plus complexes
mais tout à fait faisables.
La figuré 6 c montre comment se déplace la tache de l'impact T 1 à T 2, par exemple, dans le cas de ô= 30 Il suffit de tracer un triangle isocèle de base (T 1, T 2) dont l'angle au sommet est de ô;
la position de l'axe de rotation est alors ce sommet.
On remarquera le cas particulièrement simple,
quand a= 180 .
La distance h, séparant l'axe de rotation du milieu du segment b formé par T 1 et T 2, s'exprime de la façon suivante: h b L 1 + cos 3 = 2 I cos' La figure 7 montre l'organigramme décrivant les étapes du procédé La lentille étant mise en place, c'est-à- dire en position L, on modifie la trajectoire du faisceau jusqu'à obtenir un défaut angulaire àa minimum en appliquant la méthode par retournement décrite précédemment Ce défaut angulaire minimum étant obtenu, on retire la lentille 32 de focalisation pour déterminer le défaut en translation Ad en appliquant la méthode par retournement Lorsque ce défaut Ad a été déterminé comme minimum, on vérifie si le faisceau est correctement centré sur l'orifice 8 d'introduction du faisceau dans la cellule active 6 Si le centrage n'est pas correct, la position du premier axe 0203 e-'" de rotation du bras de transmission est modifiée angulairement par les moyens 10 d'orientation en rotation et tout le procédé décrit précédemment est réitéré. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à des robots polyarticulés Le faisceau est alors réglé coaxialement avec chaque axe de rotation dudit robot en utilisant le même procédé et les mêmes moyens que ceux décrits pour la tête
de focalisation.
Un exemple d'application est montré en figure 8 a, son tableau explicatif étant donné en figure 8 b Une première colonne dudit tableau donne les axes à régler, une seconde colonne indique les miroirs à régler pour corriger le défaut angulaire Ac et une troisième colonne indique les miroirs à régler pour corriger le défaut en
translation Ad.
Un second exemple d'application est montré en figure 9 a, il s'agit d'un robot portique du type industriel de trois axes de translations et deux de rotations, ces derniers étant situés en extrémité
de robot.
Le tableau explicatif du réglage de ce
robot est donné sur la figure 9 b.
Dans une telle application, lorsque tous les mouvements des miroirs sont motorisés, le réglage peut être effectué entièrement à distance, c'est-àdire sans intervention directe sur aucun segment du bras du robot, ceci dans le cas o ce robot polyarticulé aurait a évoluer en milieu nucléaire, c'est-à-dire en milieu hostile Bien sûr, cette motorisation coûteuse n'est pas nécessaire pour un robot en milieu industriel o l'intervention n'est soumise à aucune
contrainte.
Claims (10)
1 Procédé d'alignement à distance d'un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse, dans lequel on utilise: un laser ( 2) pilote; un bras de transmission comportant au moins un segment, des moyens d'introduction de faisceau laser selon un premier axe 0203 dans ledit bras, ainsi qu'une tête de focalisation ( 14) située à l'extrémité du bras de transmission, orientée selon un axe 0506 et munie d'un détecteur ( 34) de position et de composants optiques de focalisation ( 32); des moyens ( 4) de modification de trajectoire du faisceau laser ( 3) en translation et en rotation en amont du bras de transmission, caractérisé en ce qu'il consiste à: a) mesurer un défaut angulaire AU entre le faisceau laser et tout axe de segment de bras de transmission et de la tête de focalisation; b) modifier ce défaut angulaire par réglage des moyens de modification de trajectoire du faisceau laser; c) réitérer les étapes a) et b) jusqu'à l'obtention d'un défaut angulaire minimum; d) mesurer un défaut en translation Ad entre le faisceau laser et tout axe de segment de bras de transmission et de la tête de focalisation; e) modifier ce défaut en translation par réglage des moyens de modification de trajectoire du faisceau laser; f) réitérer les étapes d) et e) jusqu'à l'obtention d'un défaut en translation minimum; g) vérifier l'alignement du faisceau laser sur les moyens d'introduction dudit faisceau; h) modifier l'orientation du premier axe 0203 du bras de transmission et réitérer les étapes a)
à g), lorsque ledit alignement n'est pas réalisé.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure du défaut angulaire &a consiste à: déterminer, par le détecteur de positions, une première tache focale (T 1) du faisceau laser; tourner, d'un angle, la tête de focalisation autour de l'axe du bras à régler; déterminer, par le détecteur de positions, une seconde tache focale (T 2) du faisceau laser; évaluer la distance h entre l'axe du bras à régler et la distance b mesurée entre la tache T 1 et la tache T 2, cette distance h correspondant à: h = b 1 cos f 2 i cos 3 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la mesure
du défaut en translation Ad consiste à: retirer le composant optique de focalisation du faisceau laser sur le détecteur de positions; déterminer, par le détecteur de positions, un premier impact T 3 du faisceau laser; tourner, d'un angle f, l'axe du bras de transmission et/ou la tête de focalisation qui est à régler; déterminer, par le détecteur de positions, un second impact T 4 du faisceau laser; évaluer la distance H entre l'axe du robot à régler et la distance B mesurée entre l'impact T 3 et l'impact T 4, cette distance H correspondant à: H = 2 1 cos cos f' 4 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la
modification à apporter au défaut angulaire, pour un angle 1 de 1800, correspond à la demi-distance entre les taches Tl et T 2 de façon à rendre coaxial
le faisceau et l'axe du bras à régler.
Procédé selon L'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la
modification à apporter au défaut en translation, pour un angle 1 de 1800, correspond à la demi-distance entre les impacts T 3 et T 4 de façon à centrer le
faisceau laser sur l'axe du bras à régler.
6 Dispositif pour usiner à distance des pièces par faisceau laser comprenant: un laser ( 2) pour émettre un faisceau ( 3); un bras de transmission comportant au moins un segment; des moyens ( 4) de modification de trajectoire du faisceau en amont du bras apte à guider le faisceau Lors de L'usinage de pièces dont l'axe d'introduction est 0203; des moyens pour orienter en rotation ledit bras; et une tête de focalisation ( 14) assurant la convergence du faisceau sur la pièce à usiner et munie d'un détecteur ( 34) de positions, de composants optiques de focalisation ( 32) d'axe optique 0506, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 32, 38) pour déterminer un écart entre la trajectoire du faisceau et les axes du bras et de la tête de focalisation, des moyens pour tourner ladite tête de focalisation, et des moyens de calcul pour évaluer et mémoriser Les écarts entre la trajectoire du faisceau et les axes du bras et de La tête de
focalisation.
7 Dispositif selon La revendication 6, caractérisé en ce que Les moyens pour déterminer L'écart entre la trajectoire du faisceau et un axe de rotation du bras permettent de mesurer et de corriger, à la fois, un défaut angulaire Aa et un défaut en translation Ad, Lesdits moyens comprenant Le détecteur de positions et les composants optiques
de focalisation.
8 Dispositif selon l'une des revendications
6 ou 7, caractérisé en ce que Les moyens pour retourner La tête de focalisation comportent un moteur ( 22) assurant une rotation d'un angle 3 de la tête de focalisation autour de l'axe 0506 afin de décaler Le faisceau Laser sur Le détecteur de positions, Ledit moteur étant fixé au bras de façon à ce que la
tête de focalisation tourne par rapport audit bras.
9 Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte
un premier miroir ( 36) escamotable assurant, dans une première position ME, Le renvoi du faisceau sur le détecteur et, dans une seconde position M'E, le
passage direct du faisceau vers la pièce à usiner.
Dispositif selon L'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisé en ce que Les
composants optiques comportent une lentille de
focalisation ( 32).
11 Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisé en ce que Les
composants optiques comportent un miroir parabolique
pour focaliser Le faisceau Laser sur La buse.
12 Dispositif selon L'une quelconque des
revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les
composants optiques comportent deux miroirs sphériques assurant La focalisation du faisceau laser sur la
buse.
13 Application du dispositif selon l'une
quelconque des revendications 6 à 12, au domaine
nucléaire, pour laquelle on utilise une cellule active ( 6) extérieure à l'ensemble du bras, cette cellule active comportant un orifice ( 8) par lequel est introduit le faisceau le long d'un axe 0102 et à l'extérieur de laquelle se situent les moyens de
modification de trajectoire.
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| FR9104877A FR2675416B1 (fr) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Procede d'alignement a distance d'un faisceau laser sur l'ouverture d'une buse et tete de focalisation appareillee pour l'usinage a distance par faisceau laser. |
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1992
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- 1992-04-17 DE DE1992604520 patent/DE69204520T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-04-20 JP JP4125408A patent/JPH05146886A/ja active Pending
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